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电泳车身固定位置针孔问题的原因及解决措施

1512 人参与  2017年04月19日 07:48  分类 : 电泳工艺 电泳原理  评论

今天就让小编来分享一下关于电泳车身固定位置针孔问题的原因及解决措施的文章,一起来看看吧!

0   引言

车身电泳膜的完整性是该涂层防腐蚀的关键,针孔等弊病会破坏这种完整性,造成局部露底,使得漆膜的耐腐蚀性大大降低,并且无法通过简单打磨解决,必须在打磨后再喷涂电泳修补漆以增加漆膜的防腐性,耗费工时较长,并且带来大量打磨灰,污染环境,严重影响了生产。产生针孔的原因多种多样,本文介绍了某次车身阴极电泳过程中在车身固定位置出现针孔的问题,通过现场排查及实验验证最终解决掉了该问题,并提出了一些机理性的假设。

现场生产工艺及问题描述

1.1 现场工艺

某现场生产工艺为:

     PT:热水洗(喷)+预脱脂(喷)+脱脂(浸)+水洗一(喷)+水洗二(浸)+表调(浸)+磷化(浸)+水洗三(喷)+水洗四(浸)+纯水洗(浸);

  ED:电泳(有出槽喷,使用UF1液)+UF1(喷)+UF2(喷)+UF3(浸)+纯水洗(浸)。

现场主要生产微面,连续式生产,节拍为2.5min/台。

1.2  问题描述

在某次夜班生产时突然出现了大面积针孔现象,针孔位置集中在机盖内板及车顶内板处,仔细观察发现车顶内部比机盖内部针孔密集,并且车底板外侧也有微量的针孔现象。通过放大镜可以观察到针孔直径在30μm左右,四周光滑,均露底。

2   原因分析及解决过程

2.1  原因分析

通过排查现场,注意到电泳槽出槽端存在大量泡沫,车身出槽后车顶及机盖内板附着有大量泡沫,车身进入电泳槽前水膜完整、表面状况良好。根据这一点,首先怀疑是附着在湿膜上的泡沫造成的针孔问题,现场生产任务紧急,针对这个合理猜测立即进行了验证。

在线做如下实验:

表1 在线试验及结果

工序

验证方法

电泳烘干后情况

电泳入槽前

用新鲜纯水冲洗泡沫处

无改善

电泳出槽后

用新鲜纯水冲洗泡沫处

有一定改善

UF1(喷)后

用新鲜纯水冲洗泡沫处

无改善

UF2(喷)后

用新鲜纯水冲洗泡沫处

无改善

UF3(浸)后

用新鲜纯水冲洗泡沫处

无改善

纯水洗(浸)后

用新鲜纯水冲洗泡沫处

无改善

由冲洗实验可看出,减少电泳后出槽车身内板所携带的泡沫,能够改善针孔的发生。

2.2  初步措施

微面车型顶部包裹空间较大,现场一直存在喷淋效果差的情况,但之前从没有发生过此类问题。首先采取的措施是关闭出槽端的UF1喷淋,想借此减少泡沫的产生,但是关闭喷淋后所过线的几台车,内部针孔并没有显著减少。

通过仔细排查,发现电泳槽主槽与辅槽之间的液位落差较小,目视在2cm左右,随后还发现UF3的槽液降低了5cm左右,可以肯定,由于电泳系统补给量的改变造成了后序向前序串液的现象。

在关闭电泳出槽喷的情况下,通过超滤系统的工作,使得UF3的液位恢复了正常,同时电泳槽的液位差也恢复正常水平,主槽出口端泡沫都被冲到了辅槽中,在这种情况下打开了出槽喷,并适当调小了喷淋量,防止继续串液。此时过车发现针孔量大大减小了。但是仍有个别针孔出现。

2.3   深度分析

其实在针孔问题出现的时候,就即时安排了对槽液参数的测量,对泡沫的实验和控制是同步进行的。当发现电泳槽出口端已经没有泡沫聚集但仍有个别针孔在内板出现时,就意识到单靠控制槽液泡沫是不能完全解决此问题的,因为车身结构决定在出槽时内板会不可避免的挂一些泡沫,虽然外板的泡沫可以被出槽端喷淋冲洗掉,但是内板有些位置是不能被冲洗掉的。为了彻底解决掉针孔的问题,此时,我们将注意力转移到了电泳槽液参数的控制上来。

消除泡沫后电泳槽液参数见表2.

表2 消除泡沫后电泳槽液参数

电泳槽液参数

管理范围

实测值

固体份(%)

18.0-22.0

18.60

PH

5.5-6.5

5.32

电导率(μs/cm)

1200-2000

1368

MEQ(mmole)

25-40

31.50

灰分(%)

16-20

18.01

溶剂含量(%)

0.5-2.0

1.75

通过槽液参数可以看出,电泳槽的PH较低,溶剂含量较日常高,结合消除泡沫减少针孔的事实,怀疑此次针孔是槽液PH过低或溶剂含量过高引起漆膜返溶现象。

2.3.1  实验验证

现场做了相关实验来验证出现针孔的确切原因。实验步骤为:1).取两份电泳槽液,每份500ml,标记为A、B试样;2).往A试样中加入15ml电泳溶剂,往B试样中加入15ml冰醋酸,搅拌两种试样造成大量泡沫;3).将制作好的4块湿膜状态电泳板,分别取2块放入A、B试样中,5min后取出试板并烘干。

试板烘干后观察发现:1.浸泡在试样A中电泳膜无明显缺陷;2.浸泡在式样B中的电泳膜全部脱落,在液面泡沫处的漆膜用放大镜观察后发现返溶点与车身针孔现象相同。

其实电泳系统所添加的溶剂主要起增溶作用和提高某些助剂的水性化,真正使得电泳树脂水性化的正是有机羧酸所造成的。

2.3.2  针孔发生的机理

到此基本确认车身针孔是由于槽液含酸较多与出槽处泡沫较多综合造成,虽然出槽处有喷淋,但是内板处不易喷到,使得机盖内板及车顶内板带有较多泡沫,最终导致出现返溶性针孔。

有两种可能性造成泡沫附着处会产生针孔这个问题:泡沫中的气泡壁本身是冰醋酸或者气泡壁的夹带液中的冰醋酸含量要大于槽液中的浓度。这两种假设均指向一个结论,那就是电泳漆的泡沫体系含酸量更高,根据这个假设,现场收集了大量泡沫,测试其浓缩液的PH值显示为4.89,远小于槽液的PH值,这一点证明了泡沫体系中含酸量更高的观点。

据此结论,可以推导出电泳漆膜产生针孔的整个过程:1.车身在电泳出槽端粘附了泡沫;2.出槽喷淋清洗了外表面的泡沫,而内表面没有受到有效清洗;3.在从电泳出槽到UF1的过程中,泡沫体系内的酸液严重腐蚀了电泳漆;4.在后续UF清洗过程中将腐蚀点漆膜溶解到超滤液中;5.烘烤中,由于腐蚀点边缘含酸量或者含溶剂量更高造成边缘处表面张力低于周围的电泳漆膜,从而在烘烤的初始可流平阶段由于表面张力差形成了露底的针孔(马兰戈尼效应),这一点可用通过在进烤炉前针孔并不是露底的来证明,当然,并不是说此类问题湿膜阶段不会出现腐蚀点露底现象,这取决于槽内的含酸量及泡沫附着时间。

2.3.3  分析槽液参数异常的原因

由本次相关的实验结果可知,此次针孔实质为返溶性针孔,其产生的原因是酸含量较多的泡沫体系附着在了湿态的电泳漆膜上。现在值得思考的是电泳槽出现较高含量游离酸的原因。由环氧树脂水性化的机理可知,水性电泳漆中含有过量的酸是保持树脂可电离及稳定的关键,但是在车身通电后,由于R-NH+与-OH的脱水反应造成R-N树脂的析出;R-COO-通过阳极膜由阳极系统排出,保持了槽液酸含量的稳定。

阳极膜是一种异相阴离子交换膜,大多数阳极膜是由苯乙烯季胺型阴离子交换树脂以聚乙烯为黏合剂,经混炼拉片,用增型材料加固层压而成。其含有足够的固定基团和可解离的离子,对溶液中离子具有一定的选择透过性和导电性。

选择机理(电场下):R-N(CH3)3OH→R-N+(CH3)3+OH-

异相阴离子交换膜具有的季胺活性基团R-N+(CH3)3构成正电场,带负电荷的离子易吸入通过。

阳极膜在通电的情况下仅允许R-COO-等较小的阴离子通过,不允许阳极通电过程中产生的H+通过,通过稀释,最终在电泳过程中产生的R-COO-被以R-COOH的形式排放掉。

阳极通电反应:2 H2O﹣4 e- → 4 H+ + O2

阴极通电反应:4 H2O + 4 e- → 2H2 ↑+4OH-

车身:4 R-NH++4OH-→4 R-N↓+4H2O   阳极管:4R-COO-+4 H+→4R-COOH

如果阳极液稀释排放量不够的话,在断电后,阳极液在生产过程中没来得及排放的大量H+通过离子交换的方式渗透到电泳槽中,造成电泳槽中H+浓度是上升,使得槽液PH下降。由于PH的计算公式可知,150吨 PH 5.32的水溶液中含游离态H+总的质量份仅有1kg,由于电泳槽液成分复杂,且在电泳过程中有些杂质离子替代了阳极管中的4R-COO-反应,形成了微量的强酸,这些酸渗透到电泳槽中后,虽然MEQ上没有显示出槽液中的酸含量上升,但是其PH却显著下降了。并加大了泡沫体系的酸性。由于胺化的环氧树脂极易与H+结合使其水性化,所以就不难理解湿膜被返溶的现象了。

2.4   制定解决措施并实施

根据判断出的原因,现场制定了进一步解决措施:

  1)加大阳极系统的循环量。一般要求阳极液的循环量为6-10L/(m2·min),取中线,单支管流量需要2.64L/min,现场为1.5L/min,调整到极限后发现阳极顶部冒液,是因为回流量不够引起的,最终调整到1.8 L/min。

    2)每个班次停产时排空阳极箱,补加纯水,由于阳极管中仍然留有大量的阳极液,循环后电导率虽然低于下限,但是膜厚并没有受到影响,据此修改了阳极电导要求和设定值。

经过大约2周,电泳槽液的达到PH到5.68以上后,内板针孔现象才得到完全解决。

3   结语

各个生产线体均有其独特的方面,在解决现场的质量问题时要结合现场的实际情况。同时工艺参数的设定并不是只要按照厂家提供的参数即可,也要根据现场的实际生产情况来做出最终的判定。

本文标签:电泳涂膜弊病  

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